Apabila pada anoda diberi tegangan yang lebih positif

PRAKTIKUM III
MENGHITUNG JUMLAH PENGUNJUNG
DENGAN ARDUINO-DIY LASER / IR PERSON COUNTER
I.
TUJUAN PRAKTIKUM
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut :
1. Praktikan mengetahui fungsi dari setiap sensor dan komponen yang dipakai
pada praktikum ini
2. Praktikan mampu mengetahui fungsi dari coding yang digunakan pada
peraktikum ini
3. Praktikan mampu merangkai dan menjalankan alat sesuai dengan prosedur
percobaan.
II.
TEORI DASAR
A. Laser Dioda
Dioda Laser atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Laser Diode adalah
komponen semikonduktor yang dapat menghasilkan radiasi koheren yang dapat
dilihat oleh mata ataupun dalam bentuk spektrum infra merah (Infrared/IR)
ketika dialiri arus listrik. Yang dimaksud dengan Radiasi Koheren adalah
radiasi dimana semua gelombang berasal dari satu sumber yang sama dan
berada pada frekuensi dan fasa yang sama juga. Kata LASER merupakan
singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yang
artinya adalah mekanisme dari suatu alat yang memancarkan radiasi
elektromaknetik melalui proces pancaran terstimulasi. Radiasi Elektromaknetik
tersebut ada yang dapat dilihat oleh mata normal, ada juga yang tidak dapat
dilihat.
Panjang Gelombang (Wavelenght) terlihat yang terbuat dari GaAs Dioda Laser
pertama kali diperkenalkan oleh Nick Holonyak Jr yaitu seorang Ilmuwan yang
bekerja di General Electric pada tahun 1962. Pada dasarnya, Dioda Laser
hanyalah salah satu jenis perangkat ataupun teknologi yang dapat menghasilkan
sinar Laser. Jenis-jenis perangkat ataupun Teknologi lainnya yang dapat
menghasilkan sinar Laser diantaranya adalah Solid-state Laser, Laser Gas,
Laser Excimer dan Dye Laser.
Berikut ini adalah beberapa kelebihan Dioda Laser jika dibandingkan dengan
teknologi konvensional penghasil Laser lainnya :
a. Lebih kecil dan Ringan : Dioda Laser memiliki ukuran yang kecil, ada
jenis Dioda Laser tertentu yang berukuran kurang dari 1mm dengan
beratnya kurang dari 1gram. Dengan demikian, Dioda Laser sangat cocok
untuk digunakan pada perangkat Elektronika yang berukuran kecil atau
portabel.
b. Membutuhkan Arus listrik, Tegangan dan Daya yang rendah :
Kebanyakan Dioda Laser hanya membutuhkan daya beberapa miliWatt
dengan tegangan di sekitar 3 Volt hingga 12 Volt DC. Oleh karena itu,
Dioda Laser dapat beroperasi dengan menggunakan sumber daya Baterai.
c. Intensitas rendah : Dioda Laser memiliki intensitas yang sangat rendah
dibandingkan dengan perangkat laser lainnya. Namun Dioda Laser
memiliki efisiensi output koheren yang tinggi dan kemudahan dalam
modulasi untuk komunikasi dan aplikasi pengendalian. Perlu diketahui
bahwa, Dioda Laser tidak dapat digunakan untuk memotong kertas ataupun
melubangi baja sehingga relatif aman untuk digunakan pada perangkat
konsumen atau rumah tangga. Meskipun relatif aman, tetap disarankan
untuk tidak melihat langsung sinar Laser yang dipancarkan oleh perangkatperangkat tersebut karena beresiko untuk merusak bagian-bagian sensitif
Mata yaitu selaput Retina pada mata.
d. Sudut Beam yang lebar (Wide-angle Beam) : Bentuk berkas sinar yang
lebih lebar dan berbentuk kerucut dan dapat lebih mudah dimodifikasi
dengan menggunakan sebuah lensa cembung. Hal ini agak berbeda dengan
Laser Konvensional yang hanya berbentuk lurus dan sulit untuk di
dimodifikasi kelebarannya.
Dioda Laser telah banyak diaplikasikan pada perangkat yang kita gunakan
sehari-hari. Beberapa perangkat yang menggunakan Dioda Laser diantaranya
adalah sebagai berikut :

CD/VCD/DVD/Blu-ray Player

Konsol Games

Laser Pointer

Barcode Scanner

Sistem Fiber Optik

Laser Printer

Alat Ukur Jarak

Remote Control

dan lain sebagainya.
Pada dasarnya, Dioda Laser hampir sama dengan Lampu LED yaitu dapat
mengkonversi energi listrik menjadi energi cahaya, namun Dioda Laser dapat
menghasilkan sinar/cahaya atau Beam dengan Intensitas yang lebih tinggi.
Berikut ini adalah Struktur Dioda Laser (Laser Diode) :
Berdasarkan cara kerjanya, Dioda Laser dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu
Injection Laser Diode (ILD) dan Optically Pumped Semiconductor Laser.
i.
Injection Laser Diode (ILD)
Cara kerja Injection Laser Diode memiliki berbagai kemiripan dengan LED
(Light Emitting Diode). Kedua-duanya dibuat berdasarkan proses dan
teknologi yang hampir sama. Perbedaan utama pada Dioda Laser adalah
adanya sebuah saluran atau kanal panjang yang sempit dengan ujung yang
reflektif. Kanal tersebut berfungsi sebagai penuntun gelombang pada cahaya.
Kanal tersebut biasanya disebut dengan Waveguide.
Pada pengoperasiannya, arus mengalir melalui persimpangan PN (PN
Junction) dan menghasilkan cahaya seperti pada LED (Light Emitting Diode).
Pancaran Fotonnya (Photon) disebabkan oleh bergabungnya kembali Elektron
dan Lubang (Holes) di daerah persimpangan PN. Namun cahaya tersebut
hanya dibatasi didalam waveguide (penuntun cahaya) pada Dioda Laser
sendiri. Di Waveguide ini cahaya Laser direfleksikan dan kemudian diperkuat
sehingga menghasilkan emisi terstimulasi sebelum dipancar keluar.
ii.
Optically Pumped Semiconductor Laser
Optically Pumped Semiconductor Laser atau disingkat dengan OPSL ini
menggunakan
chip
semikonduktor
III-V
sebagai
dasarnya,
Chip
semikonduktor ini bekerja sebagai media penguat optik. Dioda Laser yang
terdapat didalamnya berfungsi sebagai sumber pompa. Terdapat beberapa
Keuntungan dari Dioda Laser jenis Optically Pumped Semiconductor Laser
ini, terutama dalam pemilihan panjang gelombang (wavelenght) dan
mengurangi gangguan dari struktur elektroda internal.
B. LED Infra Red
LED IR memancarkan cahaya inframerah, artinya memancarkan cahaya pada
rentang frekuensi Inframerah. Kita tidak bisa melihat cahaya inframerah melalui
mata kita. Panjang gelombang Inframerah (700nm - 1mm) berada di luar cahaya
tampak normal. Segala sesuatu yang menghasilkan panas, memancarkan
inframerah seperti tubuh manusia kita. Inframerah memiliki sifat yang sama
seperti cahaya tampak, bisa difokuskan, tercermin dan terpolarisasi seperti cahaya
tampak. Selain memancarkan cahaya inframerah tak terlihat, LED IR terlihat
seperti LED normal dan juga beroperasi seperti LED normal, berarti akan
menghabiskan arus 20mA dan tegangan sebesar 3 Volt. LED IR memiliki sudut
memancarkan cahaya kira-kira 20-60 derajat dan kisaran approx. Beberapa
sentimeter sampai beberapa tungkai, tergantung pada jenis pemancar IR dan
pabrikannya. Beberapa pemancar memiliki jangkauan dalam kilometer.
Prinsip dasar dari sebuah LED adalah merupakan P-N Junction yang
memancarkan radiasi infra merah atau cahaya yang tidak kelihatan, apabila
P-N Junction ini dihubungkan secara prategangan maju (forward bias).
LED infra merah sering diaplikasikan sebagai transmitter cahaya infra
merah pada remote control dan pengukur jarak tanpa kabel.
Bias Tegangan Maju pada P-N Junction LED (Light Emitting Dioda)
Apabila pada anoda diberi tegangan yang lebih positif dari pada katoda pada
LED, arus akan mengalir. Sebagai reaksi pada semikonduktor adalah terjadinya
perpindahan elektron dari tipe N menuju tipe P serta perpindahan hole dari tipe
P ke tipe N pada pita valensinya. Akibat dari proses ini terjadi rekombinasi
antara elektron dan hole sambil melepaskan energi yang berupa pancaran
cahaya. Dengan berkurangnya arus input dan naiknya suhu, maka efisiensi
pancaran cahaya akan berkurang.
III.
Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan pada praktikum ini antara lain :
1. 2 buah diode laser/ Infra Red LED
2. 2 buah LDR berukuran kecil
3. 2 buah resistor 10 k ohm
4. Arduino
5. Heat Shrink tubing ( 4mm )
6. Baterai 9v dan konektor baterai
7. LCD / Seven Segment (2 buah)
IV.
Gambaran Aplikasi Secara Umum
Sirkuit # 1:
Dua LDR terhubung ke pin analog A0 dan A1 dari arduino. Satu kaki LDR
dan ujung lainnya terhubung ke tegangan reg 5 V melalui resistor pull-up
10k ohm. Sedangkan Persimpangan kaki LDR dan resistor terhubung ke pin
analog. Bila resistansi LDR berjalan di bawah 10k ohm, pin analog berbunyi
0 v dan jika berjalan di atas 10k ohm, nilai analog akan ditampilkan sesuai
dengan itu.
Sirkuit # 2:
Sirkuit ini akan mengkonversi tegangan 9v sampai 5v menggunakan
regulator tegangan 7805 untuk menggerakkan Laser Dioda. Dua dioda laser
dihubungkan secara paralel dengan sumber listrik.
Sirkuit Tampilan:
Jika Anda tidak ingin menggunakan monitor serial untuk menampilkan nilai
/jumlah pengunjung , kita dapat menggunakan 2 buah seven segment
display ke pin digital arduino.
Layout
Dua dioda laser dihubungkan secara paralel dengan sumber daya 5 v yang diatur.
Di sisi lain, dua LDR terhubung ke arduino. Mereka ditempatkan sedemikian rupa
sehingga kedua sinar laser jatuh langsung pada LDR.
Layar 2 x 7 segmen dihubungkan ke arduino untuk ditampilkan (jumlah total objek
yang masuk - jumlah total benda yang ditinggalkan). Hal ini juga bisa dilakukan
dengan menggunakan monitor serial Arduino.
Cara Kerja :
Saat sebuah objek masuk, Program akan memproses objek yang tertangkap
tersebut dengan menambahkan 1(+1) jika objek lebih dulu melewati blok A
dibandingkan blok B. Akan tetapi ketika objek lebih dulu mendekati blok B dari
pada balok A , maka konter akan turun sebesar 1 (- 1).
Ada dua bagian dari counter:
1. Sumber laser
2. Plat Sensor
V.
Rangkaian
Adapun skema rangkaian nya adalah sebagai berikut :
VI.
Coding
Hal yang akan diamati
Adapun hal yang akan menjadi pengamatan kami yakni :
1. Kesesuaian alat dan bahan yang digunakan dengan tujuan praktikum yan
ingin dicapai.
2. Proses kerja dari aplikasi penghitung jumlah pengunjung.
3. Analisis kesesuaian kode program dengan hasil percobaan rangkaian.